Un’illustrazione di una galassia ellittica “morta” che emette un potente e rapido scoppio di onde radio. Gli astronomi sono stati costretti a rivedere le origini dei misteriosi e rapidi scoppi di onde radio chiamati “fast radio bursts” (FRB). Questo ripensamento è stato causato da un FRB rilevato per la prima volta l’anno scorso, che è stato tracciato fino al “cimitero cosmico” di una massiccia galassia “morta” piena di stelle antiche situata a 2 miliardi di anni luce dalla Terra. Gli FRB sono solitamente attribuiti alle morti in supernova di stelle giovani e massicce in galassie più giovani che sperimentano fasi di formazione stellare. Questo evento innesca anche la nascita di stelle di neutroni altamente magnetiche, o “magnetar”. Tuttavia, questa galassia sorgente di FRB sembra mancare di tali elementi, il che significa che gli eventi che producono FRB potrebbero essere più diversi di quanto si pensasse in precedenza. “Questo nuovo FRB ci mostra che proprio quando pensi di aver compreso un fenomeno astrofisico, l’universo si gira e ci sorprende,” ha detto Wen-fai Fong, scienziato della Northwestern University. “Questo ‘dialogo’ con l’universo è ciò che rende il nostro campo dell’astronomia del dominio del tempo così incredibilmente emozionante.”
Un misterioso segnale radio ripetitivo
Questa ricerca che altera la teoria è iniziata nel febbraio 2024 quando il Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) ha rilevato un nuovo FRB, successivamente designato FRB 20240209A. La maggior parte degli FRB lampeggia una sola volta, durando pochi millisecondi ed emettendo più energia di quanto il sole irradi in un anno. Tuttavia, FRB 20240209A ha lampeggiato ripetutamente, con la stessa sorgente che ha generato 21 impulsi tra febbraio e luglio 2024. Sei di questi impulsi sono stati rilevati da una versione più piccola di CHIME, un telescopio “outrigger” situato a circa 60 chilometri dallo strumento principale. Questi outrigger esistono per permettere agli astronomi di individuare la sorgente degli FRB rilevati da CHIME. Così, il team è stato in grado di fare questo esercizio di tracciamento per FRB 20240209A.
Con la sorgente di FRB 20240209A localizzata, il team ha eseguito osservazioni di follow-up con gli osservatori W.M. Keck e Gemini per apprendere il più possibile sul suo ambiente. Se gli scienziati si aspettavano una galassia giovane come la tipica sorgente di FRB, erano in attesa di una sorpresa. La loro indagine di follow-up ha mostrato che FRB 20240209A ha avuto origine dal bordo di una galassia vecchia di 11,3 miliardi di anni. Il team ha iniziato a saperne di più su questa galassia eseguendo simulazioni avanzate al computer. Questo ha rivelato che l’ospite galattico di questo FRB è estremamente luminoso e ha una massa di circa 100 miliardi di volte la massa del nostro sole. “Sembra essere la galassia ospite di FRB più massiccia fino ad oggi,” ha detto Tarraneh Eftekhari, scienziato del Northwestern Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA). “È tra alcune delle galassie più massicce là fuori.”
Un FRB ai margini
La sorgente di questo FRB all’interno della galassia presenta anche un enigma. Questo perché gli FRB di solito hanno origine ben all’interno delle loro galassie. FRB 20240209A, tuttavia, è venuto dalla periferia della sua galassia ospite, a circa 130.000 anni luce dal centro galattico. “Tra la popolazione di FRB, questo FRB è situato più lontano dal centro della sua galassia ospite,” ha detto Vishwangi Shah, uno studente laureato alla McGill, che ha guidato lo sforzo per individuare la sorgente di FRB 20240209A. ”Questo è sia sorprendente che eccitante, poiché ci si aspetta che gli FRB abbiano origine all’interno delle galassie, spesso in regioni di formazione stellare. La posizione di questo FRB così lontano dalla sua galassia ospite solleva domande su come tali eventi energetici possano verificarsi in regioni dove non si formano nuove stelle.”
Prima di questo, solo un FRB era stato tracciato fino ai limiti esterni di una galassia. Messier 81, ospite dell’FRB designato FRB 20200120E. Nel 2022, FRB 20200120E è stato tracciato fino a un denso ammasso stellare, o ammasso globulare, ai margini di Messier 81 (M81), una galassia a spirale a circa 12 milioni di anni luce dalla Terra nella costellazione dell’Orsa Maggiore. Nonostante emergano da galassie molto diverse, FRB 20240209A e FRB 20200120E condividevano molte somiglianze. “Alcuni anni fa, l’FRB di M81 è stato sorprendentemente scoperto all’interno di un denso ammasso di stelle chiamato ammasso globulare,” ha detto Fong. “Quell’evento ha fermato da solo il treno di pensiero convenzionale e ci ha fatto esplorare altri scenari progenitori per gli FRB.” Da quando FRB 20200120E è stato rilevato, nessun FRB simile era stato osservato. Questo ha portato Fong e il team a credere che FRB 20200120E fosse una scoperta unica — fino ad ora. “In effetti, questo FRB di CHIME potrebbe essere un gemello dell’evento di M81. È lontano dalla sua galassia ospite, lontano da dove nascono stelle, e la popolazione di stelle nella sua galassia ospite è estremamente vecchia. Ha avuto il suo momento di gloria e ora sta andando in pensione,” ha detto Fong. “Allo stesso tempo, questo tipo di ambiente vecchio ci sta facendo ripensare ai nostri modelli standard di progenitori di FRB e rivolgerci a canali di formazione più esotici, il che è eccitante.”
FRB senza le supernove
Finora, circa 100 FRB sono stati collegati a una galassia ospite, e la maggior parte di questi sono stati collegati a un magnetar — una forma altamente magnetica di stella di neutroni. Come tutte le stelle di neutroni, i magnetar si formano quando stelle massicce esauriscono il loro combustibile per la fusione nucleare. Questo significa che il flusso esterno di energia che le sostiene contro il collasso viene interrotto, e la stella non può più sostenersi contro la schiacciante forza interna della propria gravità. Mentre il nucleo della stella si schiaccia rapidamente per formare una stella di neutroni, gli strati esterni e la maggior parte della massa della stella vengono spazzati via in una supernova a collasso del nucleo.
“Il pensiero prevalente è che gli FRB provengano da magnetar formati attraverso supernove a collasso del nucleo,” ha detto Eftekhari. “Non sembra essere il caso qui. Mentre le stelle giovani e massicce terminano la loro vita come supernove a collasso del nucleo, non vediamo alcuna evidenza di stelle giovani in questa galassia. Grazie a questa nuova scoperta, sta emergendo un quadro che mostra che non tutti gli FRB provengono da stelle giovani. Forse c’è una sottopopolazione di FRB associata a sistemi più vecchi.”
I ricercatori credono che, proprio come FRB 20200120E, FRB 20240209A possa provenire da un ammasso globulare. Questo è significativo perché gli ammassi globulari sono associati ad altri eventi potenti legati a stelle più vecchie, inclusi le collisioni e le fusioni di due stelle di neutroni o un nano bianco che collassa sotto la propria gravità. Eventi che potrebbero anche dare origine agli FRB. ”Un’origine in un ammasso globulare per questo FRB ripetitivo è lo scenario più probabile per spiegare perché questo FRB si trova al di fuori della sua galassia ospite,” ha detto Shah. ”Non sappiamo per certo se ci sia un ammasso globulare presente nella posizione dell’FRB e abbiamo presentato una proposta per utilizzare il James Webb Space Telescope per osservazioni di follow-up della posizione dell’FRB. Se sì, renderebbe questo FRB solo il secondo FRB noto a risiedere in un ammasso globulare. Se no, dovremmo considerare scenari esotici alternativi per l’origine dell’FRB.”
“È chiaro che c’è ancora molto spazio per scoperte emozionanti quando si tratta di FRB e che i loro ambienti potrebbero essere la chiave per svelare i loro segreti,” ha concluso Eftekhari. La ricerca del team è stata dettagliata alla fine di gennaio in due articoli pubblicati su The Astrophysical Journal Letters.